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Une meilleure manière de lire le génome

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Si votre génome était une bibliothèque, quelques gènes seraient des romans « choisissent votre propre aventure ».

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Les chercheurs d'UConn ont ordonnancé l'ARN du gène le plus compliqué connu en nature, utilisant un compteur séquentiel tenu dans la main pas plus grand qu'un téléphone portable.

Si l'ADN est le modèle de la vie, l'ARN est l'entrepreneur de construction qui l'interprète, ainsi l'ordonnancement de l'ARN t'indique ce qui se produit vraiment à l'intérieur d'une cellule.

Genomicists Brenton Graveley de l'institut d'UConn de la génomique de systèmes, de camarade post-doctoral Mohan Bolisetty, et d'étudiant de troisième cycle Gopinath Rajadinakaran s'est associé aux technologies dont le siège est en Grande-Bretagne d'Oxford Nanopore pour prouver que le compteur séquentiel de nanopore du subordonné de la compagnie peut ordonnancer des gènes plus rapides, meilleur, et beaucoup à un plus peu coûteux que la technologie standard. Ils ont édité leurs résultats sur septembre 30 dans la biologie de génome.

Si votre génome était une bibliothèque et chaque gène était un livre, quelques gènes seraient francs lit - mais certains seraient plutôt un roman « choisissent votre propre aventure ». Les chercheurs veulent souvent savoir quelle version du gène est exprimée réellement en corps, mais pour les gènes compliqués de choisir-votre-propre-aventure, qui a été impossible.

Graveley, Bolisetty, et Rajadinakaran ont résolu le puzzle dans deux parts. Le premier était de trouver une meilleure technologie de gène-ordonnancement. Afin d'ordonnancer un gène utilisant la vieille, existante technologie, chercheurs font d'abord des sorts des copies de lui, utilisant la même chimie notre utilisation de corps. Ils coupent alors vers le haut les copies de gène dans les morceaux minuscules, lisent chaque morceau minuscule, et puis, en comparant tous les différents morceaux, essai pour figurer dehors comment ils ont été à l'origine remontés. La technique s'articule sur la probabilité que non toutes les copies obtenues ont coupée vers le haut dans exactement les mêmes morceaux. Imaginez observer des scènes différentes d'un film, en panne. Si vous observiez alors le même film, mais coupé en scènes aux endroits légèrement différents, vous pourriez comparer les deux versions et commencer à figurer dehors que les scènes relient à quel.

Cette technique ne fonctionnera pas pour des gènes de choisir-votre-propre-aventure, parce que si vous les copiez la manière le corps fait, utilisant l'ARN, chaque copie peut être légèrement - ou très - différent du prochain. De telles différentes versions du même gène s'appellent les isoforms. Quand les différents isoforms obtiennent coupés vers le haut et ordonnancés, il devient pour comparer exactement les morceaux et pour figurer dehors par lesquels les versions du gène vous ont commencé.

Si le gène étaient un film, « vous ne pourriez pas dire que les scènes 1 et 2 étaient présentes ensemble, » Bolisetty dit.

Puis l'année dernière, presque l'impossible est soudainement devenu possible. Oxford Nanopore, une compagnie basée au R-U, libéré son nouveau compteur séquentiel de nanopore, et offert au laboratoire de Graveley. Le compteur séquentiel de nanopore, appelé un subordonné, fonctionne à côté d'alimenter une rive simple de l'ADN par un pore minuscule. Le pore peut seulement tenir cinq bases d'ADN - « marque avec des lettres » cette définition nos gènes - à la fois. Il y a quatre bases d'ADN, G, A, T, et C, et 1.024 combinaisons possibles de cinq-base. Chaque combinaison crée un courant électrique différent dans le nanopore. GGGGA fait un courant différent qu'AGGGG, qui est différent encore que CGGGG. En alimentant l'ADN par le pore et en enregistrant le signal en résultant, les chercheurs peuvent lire l'ordre de l'ADN.

Pour la deuxième partie de la solution, Graveley, Bolisetty, et Rajadinakaran ont décidé de disparaître grands. Au lieu d'ordonnancer n'importe quel vieux gène de choisir-votre-propre-aventure, ils ont choisi le plus complexe connu, la molécule d'adhérence de cellules de Down Syndrome 1 (Dscam1), qui commande le câblage du cerveau dans des mouches à fruit. Dscam1 a le potentiel de faire 38.016 isoforms possibles, et chaque mouche à fruit a le potentiel de faire chacun de eux, pourtant lesquelles de ces versions sont faites réellement reste inconnu.

Dscam1 ressemble à ceci : X-12-X-48-X-33-X-2-X, où les x dénotent les sections qui sont toujours identiques, et les nombres indiquent les sections qui peuvent varier (le nombre lui-même montre combien de différentes options là sont pour cette section).

Pour étudier combien de différents isoforms de Dscam1 existent réellement dans le cerveau d'une mouche, les chercheurs ont dû convertir la première fois l'ARN Dscam1 en ADN. Si l'ADN est le livre ou l'ensemble d'instructions, l'ARN est le transcripteur qui copie le livre de sorte qu'il puisse être traduit en protéine. L'ADN inclut les instructions pour chacun des 38.016 isoforms du gène Dscam1, alors que chaque ARN Dscam1 individuel contient les instructions pour juste une. Personne n'avaient encore employé un subordonné pour ordonnancer des copies de l'ARN, et bien qu'il ait été probable il pourrait être fait, le démontrant et la représentation à quel point cela a fonctionné serait une avance substantielle dans le domaine.

Rajadinakaran a pris un cerveau de mouche à fruit, a extrait l'ARN, converti lui en ADN, d'isolement les copies d'ADN du Dscam1 RNAs, et les a puis courus par les nanopores du subordonné. Dans cette une expérience, ils ont non seulement trouvé que 7.899 des 38.016 isoforms possibles de Dscam1 ont été exprimés mais également que beaucoup plus, sinon toutes les versions sont susceptibles d'être exprimés.

« Beaucoup de personnes dites « le subordonné ne travailleront jamais, » « Graveley indique, « mais nous l'avons montré que travaille utilisant le gène le plus compliqué connu. »

L'étude démontre que le gène ordonnançant la technologie peut maintenant être accédé par une gamme beaucoup plus large des chercheurs que n'était précédemment possible, puisque le subordonné est relativement peu coûteux et fortement portable de sorte qu'il n'exige presque aucun espace de laboratoire.

« Ce type de travail tranchant met UConn au rang du développement de technologie et renforce notre brochure de recherche de génomique, » dit Marc Lalande, directeur de l'institut d'UConn pour la génomique de systèmes. « En outre, grâce aux investissements dans la génomique par le plan scolaire de l'université, Brent Graveley peut accroître son expertise de sorte que le corps enseignant et les étudiants à travers nos campus concurrencent avec succès pour des dollars de concession et lancent des entreprises de biosciences. »

Graveley parlera au sujet de la recherche lors de la réunion de la Communauté de subordonné d'Oxford Nanopore au centre de génome de New York le 3 décembre.

Quant à de prochaines étapes, les chercheurs prévoient sur aller encore plus grands : ordonnançant chaque morceau de l'ARN du commencement jusqu'à la fin à l'intérieur d'une cellule, quelque chose qui ne peut pas être faite avec les compteurs séquentiels traditionnels de gène.

« Cette technologie a le potentiel étonnant de transformer comment nous étudions la biologie d'ARN et le type d'information que nous pouvons obtenir, » dit Graveley. « Plus le fait que le subordonné est un compteur séquentiel tenu dans la main que vous branchez à un ordinateur portable est simplement incroyablement frais ! »